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材料や電池の研究では、コバルト酸化物ナノ粒子は通常、コバルト（II、III）酸化物 Coの粒子を指します。
3お
4ナノメートルサイズで、さまざまな形状と結晶構造を持ちます。
酸化コバルトナノ粒子は、リチウムイオン電池[1] [2]や電子ガスセンサー[3] [4]への応用が期待されています。
アプリケーション
リチウムイオン電池
リチウムイオン電池の正極は、分子構造にリチウムイオンを容易かつ可逆的に組み込むことができるコバルト、ニッケル、マンガンのリチウム酸化物で作られることが多い。ナノチューブなどのコバルト酸化物ナノ材料は、表面積と体積の比が高く、リチウムカチオン輸送の経路長が短いため、急速充電が可能になる。しかし、SEIが過剰に形成されると、容量、クーロン効率、サイクル寿命が低下する可能性がある。ナノワイヤには、ジフェニルアラニンなどの他の物質が組み込まれることもある。[5]
酸化コバルト粒子はグラフェンなどの基板上に固定され、アノードの寸法安定性を向上させ、リチウムの充放電プロセス中の粒子の凝集を防ぐことができる。[2]
ガスセンサー
中空酸化コバルトナノ球は、トルエン、アセトン、その他の有機蒸気の検出のためのガスセンサー電極の材料として研究されてきた。 [3]
単層カーボンナノチューブに固定されたコバルト酸化物ナノ粒子は、窒素酸化物 NOを感知するために研究されている。
xおよび水素。この用途では、ガスと酸化物の反応性、および基板（両方ともp型半導体）との電気的接続を利用しています。窒素酸化物は電子受容体として酸化物と反応し、電極の抵抗を減らします。一方、水素は電子供与体として作用し、抵抗を増加させます。[4]
薬
酸化コバルトナノ粒子は細胞内に容易に侵入することが観察されており、この特性は温熱治療、遺伝子治療、薬物送達への応用につながる可能性がある。しかし、その毒性は克服しなければならない障害である。[6]
合成
熱水
酸化コバルトは、多くの場合、オートクレーブ内での水熱合成によって得られる。 [7]
金属酸化物中空球のワンポット水熱合成は、100～200℃の水に炭水化物と金属塩を溶解することから始まります。反応により炭素球が生成され、金属イオンが疎水性シェルに統合されます。炭素コアは焼成によって除去され、中空の金属酸化物球が残ります。シェルの表面積と厚さは、炭水化物と金属塩の濃度、反応媒体の温度、圧力、pH、および出発塩の陽イオンを変えることで操作できます。[8] この手順の完了時間は、数時間から数日までさまざまです。[9]
このアプローチの欠点は、他の方法に比べて収量が少ないことです。
熱分解
コバルト酸化物ナノ粒子の合成のもう一つの方法は、有機金属化合物の熱分解である。例えば、金属サレン錯体ビス（サリチルアルデヒド）エチレンジイミンコバルト（II）（「Co-サレン」）を空気中で500℃に加熱する。[10] [11] 前駆体Co-サレンは、コバルト（II）酢酸四水和物をプロパノール中、窒素雰囲気下で50℃でサレン配位子（ビス（サリチルアルデヒド）エチレンジイミン）と反応させることで得られる。[11]
アンカーされた前駆体から
コバルト酸化物/グラフェン複合体は、まずコバルト(II)水酸化物 Co(OH)を形成することによって合成される。
2グラフェンシート上のコバルト(II)塩と水酸化アンモニウム NH
4OHを 450 °C で 2 時間加熱すると酸化物が生成されます。
安全性
ほとんどのコバルト化合物と同様に、酸化コバルトナノ粒子は人間だけでなく水生生物にも有毒です。[12] [13]
参考文献
- ^ ab Du N、Zhang H、Chen BD、Wu JB、Ma XY、Liu ZH、他 (2007 年 12 月 17 日)。「カーボンナノチューブテンプレート上の Co4(CO)12 クラスターから得られる多孔質 Co3O4 ナノチューブ: リチウム電池用途の高効率材料」。Advanced Materials。19 ( 24 ) : 4505–4509。Bibcode : 2007AdM....19.4505D。doi :10.1002/adma.200602513。S2CID 55881828。
- ^ ab Wu ZS、Ren W、Wen L、Gao L、Zhao J、Chen Z、他 (2010 年 6 月)。「Co(3)O(4) ナノ粒子で固定されたグラフェンは、リチウムイオン電池のアノードとして、可逆容量とサイクル性能を向上」。ACS Nano。4 ( 6 ) : 3187–3194。doi :10.1021/nn100740x。PMID 20455594 。
- ^ ab Park J、Shen X、Wang G (2009 年3 月)。「Co3O4 中空ナノスフィアの溶媒熱合成とガス検知性能」。センサーおよびアクチュエータ B: 化学。136 (2): 494–498。doi :10.1016/ j.snb.2008.11.041。
- ^ ab Li W, Jung H, Hoa ND, Kim D, Hong SK, Kim H (2010 年 9 月). 「ガスセンサー用途向けコバルト酸化物ナノ結晶と単層カーボンナノチューブのナノ複合体」.センサーおよびアクチュエータ B: 化学. 150 (1): 160–166. doi :10.1016/j.snb.2010.07.023.
- ^ Ryu J、Kim SW、Kang K 、Park CB（2010年1月）。「ジフェニルアラニン/酸化コバルトハイブリッドナノワイヤの合成とエネルギー貯蔵への応用」ACS Nano。4（1）：159–164。doi ：10.1021/nn901156w。PMID 20000841 。
- ^ Papis E、Rossi F、Raspanti M、Dalle - Donne I、Colombo G、Milzani A、他 (2009 年 9 月)。「人工酸化コバルトナノ粒子は容易に細胞内に侵入する」。Toxicology Letters。189 ( 3 ): 253–259。doi :10.1016/j.toxlet.2009.06.851。PMID 19539014 。
- ^ Whittingham MS (1996年4月). 「穏やかな条件下での遷移金属酸化物の水熱合成」. Current Opinion in Solid State and Materials Science . 1 (2): 227–232. Bibcode :1996COSSM...1..227W. doi :10.1016/S1359-0286(96)80089-1.
- ^ Titirici MM、Antonietti M、Thomas A (2006 年 8 月)。「水熱法による金属酸化物中空球の一般化合成」。材料化学。18 ( 16 ) : 3808–3812。doi :10.1021/cm052768u。
- ^ Lu AH、Salabas EL、 Schüth F (2007 年 2 月 12 日)。「磁性ナノ粒子: 合成、保護、機能化、および応用」。Angewandte Chemie 46 ( 8): 1222–1244。doi :10.1002/anie.200602866。PMID 17278160 。
- ^ Sharma JK、Srivastava P、Singh G、Akhtar MS、Ameen SJ（2015年3月）。「Co3O4ナノ粒子のグリーン合成と過塩素酸アンモニウムの熱分解および色素増感太陽電池への応用」。材料科学および工学：B。193：181–188。doi ：10.1016/j.mseb.2014.12.012 。
- ^ ab Salavati-Niasari M、 Khansari A (2014年4月)。「簡単な方法によるCo3O4ナノ粒子の合成と特性評価」。Comptes Rendus Chimie。17 ( 4): 352–358。doi :10.1016/j.crci.2013.01.023。
- ^ Duan J、Kodali VK、Gaffrey MJ、Guo J、Chu RK、Camp DG、他 (2016 年 1 月)。「タンパク質 S-グルタチオン化の定量的プロファイリングにより、ナノ粒子誘発性酸化ストレス時のマクロファージ機能の酸化還元依存性調節が明らかになる」。ACS Nano。10 ( 1 ) : 524–538。doi :10.1021/ acsnano.5b05524。PMC 4762218。PMID 26700264。
- ^ CobalT の毒性プロファイル(PDF)。公衆衛生局、毒性物質および疾病登録局(報告書)。米国保健福祉省。2004 年 4 月。